(57)【要約】【課題】  半導体ウェーハ上の欠陥を撮像し、撮像画像を外部装置へ転送する機能を有する走査型電子顕微鏡において、スループットの低下を防止する。【解決手段】  画像データを一時格納する少なくとも２個のメモリと、該メモリのうちの第一のメモリへ格納された第一の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第二の画像データの撮像条件設定を行う制御部と、該設定された撮像条件で撮像された第二の画像データを第二のメモリへ一時格納させるメモリ選択部とを備える。【選択図】図１
2010033723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された撮像条件で電子ビームを照射した試料から発生する信号に基づいて試料の画像データを生成する走査型電子顕微鏡において、
前記画像データを一時格納する少なくとも２個のメモリと、
該メモリのうちの第一のメモリへ格納された第一の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第二の画像データの撮像条件設定を行う制御部と、該設定された撮像条件で撮像された第二の画像データを第二のメモリへ一時格納させるメモリ選択部とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記第一の画像データの撮像条件と前記第二の画像データの撮像条件とで同じ内容の条件の設定が省略されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記メモリの一つは前記画像データ１枚分の容量であることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記制御部は、前記第二のメモリへ格納された前記第二の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第三の画像データの撮像条件設定を行い、前記メモリ選択部は、該第三の画像データを前記第一のメモリへ一時格納させることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記外部装置へ転送される画像データとともに、該画像データの撮像条件が転送されることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１の記載において、前記外部装置は、転送された画像データを格納する記憶装置を有し、該画像データに含まれる欠陥の解析が行われることを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ上の欠陥を撮像する走査型電子顕微鏡に関する。特に、欠陥の発生原因を解析するために、撮像画像を画像データとして外部装置へ転送を行う機能を備えた走査型電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに回路パターンを形成して半導体素子を製造する過程において、半導体ウェーハの表面や内部の欠陥が、製品歩留まりに大きく影響する要因となっている。したがって、欠陥を短時間に観察，分析し、発生原因を究明し、対策を製造ラインへ早期に反映させることが必要である。回路パターンの欠陥の検査には、従来から光を照射して反射光を検出し、欠陥を検出する検査装置が知られている。しかし、光の波長では検出できないほど、半導体素子の微細化，高集積化がすすみ、光に替えて電子ビームを用いた走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下ＳＥＭとよぶ場合がある。）を検査に用いられるようになってきている。そして、分解能の向上によって、１枚あたりの画素数が増えるとともに、一つの欠陥あたりの撮像視野が小さくなって半導体ウェーハ１枚当りの撮像枚数が増えることから、取得される画像のデータ量がますます増加している。さらに、欠陥を解析するために、一つの欠陥に対して撮像条件を変えて複数回の撮像が行われており、これを一つの半導体ウェーハについて行い、その後に全ての欠陥についての解析が行われるため、一度に非常に大量のデータが生成される。そこで、走査型電子顕微鏡の他に新たな外部装置を設け、画像を撮像する毎にそのデータを外部装置へ転送するようにして、大量のデータを記憶し保存させるとともに、欠陥の解析を行えるようにしたシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１１１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の走査型電子顕微鏡では、欠陥を撮像した画像データは、内蔵されたメモリに一旦蓄えられる。撮像動作が完了すると、メモリに保持された画像データを外部装置へ転送する。転送が完了すると、次の撮像処理が開始される。このように、撮像処理と画像転送処理は順次交互に行われるので、画像データの外部装置への転送が完了するまで、次の欠陥の撮像が行えない。特に、半導体素子の微細化によってひとつの画像データの容量がますます大きくなって、転送完了までの待ち時間が長くなっているため、走査型電子顕微鏡のトータルのスループットを低下させている。
【０００５】
本発明は、半導体ウェーハ上の欠陥を撮像し、撮像画像を外部装置へ転送する機能を有する走査型電子顕微鏡において、スループットの低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を解決するために、本発明の実施態様は、画像データを一時格納する少なくとも２個のメモリと、該メモリのうちの第一のメモリへ格納された第一の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第二の画像データの撮像条件設定を行う制御部と、該設定された撮像条件で撮像された第二の画像データを第二のメモリへ一時格納させるメモリ選択部とを備えた走査型電子顕微鏡を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体ウェーハの欠陥を撮像し、撮像画像を外部装置へ転送する走査型電子顕微鏡において、スループットの低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施態様を説明する。
【０００９】
図１は、走査型電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図である。大きくわけて、ＳＥＭ筐体部１００，ＳＥＭ制御部１０１，ＳＥＭ画像処理部１０２，入力装置１０３，結果表示装置１０４で構成されており、ＳＥＭ画像処理部１０２には、外部装置１０５が接続されている。本実施例では、外部装置１０５は、走査型電子顕微鏡とは別の装置として記載しているが、走査型電子顕微鏡の一部として構成してもよい。
【００１０】
走査型電子顕微鏡のオペレータは、はじめに撮像条件などの設定や撮像開始などの指示を入力装置１０３から行う。その指示に従い、ＳＥＭ制御部１０１は、ＳＥＭ筐体部１００に撮像動作を実行させる。ＳＥＭ筐体部１００は、図示しないローダにより、半導体ウェーハなどの試料１１６を試料ステージ１１３へ搭載する。ＳＥＭ筐体部１００の内部を真空に保つ必要があるため、外気とＳＥＭ筐体部１００の内部との間の気密を保てるように、図示しない搬送室が設けられている。試料１１６の座標が決定されると、試料ステージ１１３が移動し、画像を取得したい位置に試料１１６を位置合せする。電子源１１０から電子ビーム１１１が照射され、電子レンズ１１２によって試料１１６に収束される。電子ビーム１１１は細く絞られているので、画像を取得するためには、試料１１６上を偏向器１１７によって走査する必要がある。電子ビーム１１１が照射された部位から２次電子や反射電子等の情報信号１１４が放出され、検出器１１５で検出され、電気信号に変換され、ＳＥＭ画像処理部１０２で画像が生成される。検出器１１５で検出された情報信号１１４はアナログ信号であるが、ＳＥＭ画像処理部１０２でディジタル信号へ変換され、ＳＥＭ画像処理部１０２の内部のメモリに画像データとして格納される。また、ＳＥＭ画像処理部１０２は、ＳＥＭ制御部１０１からの指示によって、メモリに格納された画像データを外部装置１０５へ転送する。また、ＳＥＭ画像処理部１０２のメモリに格納された画像データは、結果表示装置１０４へ送られて図示しないディスプレイに表示される。外部装置１０５は、画像データを格納し、図示しないディスプレイへ画像や付帯情報を表示することで、オペレータの欠陥解析のツールとして用いられる。
【００１１】
図２は、走査型電子顕微鏡の画像撮像の手順を示すフローチャートである。はじめに、試料１１６を欠陥位置等の撮像したい位置へ移動させる（ステップ２０１）。次に、撮像条件を設定する（ステップ２０２）。撮像条件には、電子ビーム１１１の加速電圧やプローブ電流，取得する画像の視野の大きさや拡大倍率等がある。前記処理で設定をした条件で、試料１１６の撮像を行う（ステップ２０３）。ＳＥＭ画像処理部１０２のメモリに格納された画像データを、外部装置１０５へ転送する（ステップ２０４）。画像データを管理するために、撮像データの撮像条件も一緒に転送される。撮像された画像は、結果表示装置１０４に表示され、オペレータは画像の確認を行い、撮像条件を変えて再度撮像を行うと判定した場合は、ステップ２０２へ処理を戻す（ステップ２０５）。オペレータにとって所望の画像が得られた場合は、別の欠陥等の画像を撮像するかどうか判定し、必要ならばステップ２０１へ処理を戻す（ステップ２０６）。所望の欠陥に対して撮像が完了したら図２に示す手順が終了し、異なる試料１１６の欠陥の撮像を行う場合には、図２に示す手順が繰り返される。
【００１２】
図３は、ＳＥＭ画像処理部１０２のデータ処理の内容を示す構成図である。また、図４は、ＳＥＭ制御部１０１とＳＥＭ画像処理部１０２で行われるデータ処理の手順を示すフローチャートである。はじめに、ＳＥＭ制御部１０１では、オペレータの撮像条件の設定を行う必要があるかどうかの判定を受け付ける（ステップ４０１）。これから撮像する条件が、現在設定されている条件と同じであるかどうかの判定が行われる。同じであれば、撮像条件の新たな設定は行われない。異なる設定であった場合は、異なる設定のみ変更を受け付け、同じ内容の設定を省略する。これにより、撮像条件の設定にかかる時間を短縮することができる。ステップ４０１で撮像条件の設定が必要の場合には、撮像条件が設定される（ステップ４０２）。設定された撮像条件で撮像が行われる（ステップ４０３）。検出器から送られる電気信号３０１をＳＥＭ画像処理部１０２は受け取り、画像データを取得する（ステップ４０４）。アナログ信号である電気信号３０１は、Ａ／Ｄ変換器３０２でディジタルの画像データ３０３に変換される（ステップ４０５）。次に、画像データ１枚分の容量をもつメモリへ一時格納するが、最初は、メモリ３０４とメモリ３０５のどちらにも画像データ３０３が格納されていないので、ＳＥＭ制御部１０１から送られる指令により、メモリ選択部３０６は、画像データ３０３をメモリ３０４に格納させる（ステップ４０６）。メモリ３０４への画像データが格納されたら、ＳＥＭ制御部１０１は、出力選択部３０７に、メモリ３０４を選択する指令を送り、メモリ３０４に格納された画像データが、外部装置１０５と結果表示装置１０４へ転送される（ステップ４０７）。この転送が完了する前に、別の撮像が必要かどうかをＳＥＭ制御部１０１が判断し、ある場合にはステップ４０１へ戻って、撮像が開始される（ステップ４０８）。メモリ３０４に転送中の画像データがあるので、新しい画像データ３０３は、メモリ選択部３０６により選択されたメモリ３０５へ格納される（ステップ４０６）。メモリ３０５へ新しい画像データ３０３が格納されたら、出力選択部３０７は、メモリ３０５を選択し、メモリ３０５に格納された画像データが、外部装置１０５と結果表示装置１０４へ転送される（ステップ４０７）。再び別の撮像画像があると判断された場合は、次の画像データ３０３は、画像データが転送中のメモリ３０５ではなく、転送が完了しているメモリ３０４に格納される（ステップ４０８）。メモリ３０４に格納されていた画像データは、転送しながら消去されてもよいし、新たな画像データで上書きされてもよい。このように、本実施例では、画像データ３０３を一時的に格納するメモリが、従来は１個であったのを２個にし、撮像され送られてくる画像データを１個のメモリに格納した後に外部装置へ転送するとともに、転送中にもう１個のメモリに次の画像データを格納し、これを交互に繰り返す構成とした。これにより、画像データの転送時の待ち時間を、次の画像データの撮像と格納の時間にあてることができ、装置全体のスループットの低下を防ぐことができる。
【００１３】
図５は、図４に示したデータ処理の手順のタイミングチャートであり、画像２枚分について、撮像の条件設定から外部装置への転送までの所要時間を模式的に表している。図５（ａ）に示す従来処理流れでは、１枚目の画像データの所要時間は、条件設定時間５０１，撮像時間５０２，画像転送時間５０３の和となり、２枚目の画像データの所要時間は、条件設定時間５０４，撮像時間５０５，画像転送時間５０６の和となるが、図３に示した画像データを一時格納するメモリが画像データ１枚分しかないため、１枚目の画像データの転送が完了した後でないと、２枚目の画像データをメモリへ一時格納できない。さらに、従来は、撮像条件設定処理の開始から、撮像された画像データのメモリへの格納処理の開始までの間を切り離して制御できなかったため、１枚目の画像データの転送が完了した後でないと、２枚目の画像データの撮像条件の設定を開始できなかった。
【００１４】
図５（ｂ）は、本発明の一実施例による改良後の処理流れ（例１）を示すタイミングチャートである。１枚目の画像データの処理時間は、従来と同じく、条件設定時間５０７，撮像時間５０８，画像転送時間５０９の和となるが、画像転送が開始されるとともに、次の画像データの撮像条件設定が可能である。したがって、２枚目の画像データの処理時間は、条件設定時間５１０，撮像時間５１１，画像転送時間５１２の和であるが、画像２枚分の処理時間は、重複する１枚目の画像転送時間５０９の長さだけ、短くなる。さらに、３枚の画像データは、１枚目の画像データが格納されたメモリに格納でき、２枚目の画像データの画像転送時間５１２の開始とともに、図示しない３枚目の画像データの撮像の条件設定を開始できるので、重複する２枚目の画像データの画像転送時間５１２の長さだけ、短くなる。したがって、全体として、メモリ１個の場合と較べて大幅な時間の短縮が実現できる。なお、メモリの数を増やせば、それだけ撮像と画像データの転送を同時に進行できることになるが、撮像が完了しないとその画像データは転送できないので、時間短縮の目的を達成するのには少なくとも２個のメモリで十分である。
【００１５】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の場合と較べて、２枚目の画像データの撮像の条件設定時間５１６が大幅に短縮されている場合を示す。１枚目の画像データの処理時間は、従来と同じく、条件設定時間５１３，撮像時間５１４，画像転送時間５１５の和となるが、画像転送が開始されるとともに、次の画像データの撮像条件設定が可能である。ここで、前述したように、異なる条件のみ設定するようにして、その設定時間だけが条件設定時間５１６になる。そして、２枚目の画像データの処理時間は、条件設定時間５１６，撮像時間５１７，画像転送時間５１８の和となり、条件設定時間５１６が、図５（ｂ）に示す条件設定時間５１０より短いので、その時間分、全体の処理時間を短くすることができる。また、図５（ｂ）と同じように、図示しない３枚目の画像データを１枚目の画像データが格納されたメモリに格納でき、２枚目の画像データの画像転送時間５１８の開始とともに、図示しない３枚目の画像データの撮像の条件設定を開始できるので、全体として、メモリ１個の場合と較べて大幅な時間の短縮が実現できる。
【００１６】
図６、および図７は、図１または図３に示した結果表示装置１０４のディスプレイまたは外部装置１０５のディスプレイに表示される画面の例を示す画面図である。図３に示したように、画像データは、結果表示装置１０４と外部装置１０５に転送され、それぞれのディスプレイに画像が表示される。図６において、ディスプレイは、画像が表示される領域と、付帯情報が表示される領域とに分かれている。画像６０１には欠陥６０２が表示されている。付帯情報としては、例えば、画像のＩＤ６０３，欠陥６０２の座標Ｘ６０４と、座標Ｙ６０５，拡大倍率６０６，電子ビームの電圧６０７と電流６０８，画像６０１の画素数６０９が表示される。ＥＸＩＴボタン６１０により、図６に示す画面の図示しない前の画面に戻ることができる。結果表示装置１０４と外部装置１０５の両方に画像データが転送され、ディスプレイに画像が表示されるので、オペレータは、走査型電子顕微鏡の結果表示装置１０４の前にいても、離れた場所に設置された外部装置１０５の前にいても、同じ画像を見て欠陥を確認することができる。また、外部装置１０５は容量の大きな記憶装置を持ち、転送された画像データを全て保存するので、欠陥検出が終了した後の欠陥の解析作業が容易になる。なお、欠陥の座標が求まっていない場合には、欠陥６０２の座標Ｘ６０４と、座標Ｙ６０５のかわりに、画像６０１の中心の座標を表示させるようにしてもよい。
【００１７】
図３に示した実施例では、結果表示装置１０４と外部装置１０５の両方に画像データが転送され、それぞれのディスプレイに画像が表示される構成を示したが、結果表示装置１０４への画像転送あるいは画像表示を行わず、外部装置１０５だけで画像表示を行うようにしてもよい。これにより、結果表示装置１０４の画像データを格納するメモリの容量を減らすことができる。
【００１８】
図７のディスプレイは、図６の場合と同様に、画像が表示される領域と、付帯情報が表示される領域とに分かれている。画像７０１には欠陥７０２が表示されている。付帯情報としては、例えば、画像のＩＤ７０３，欠陥７０２の座標Ｘ７０４と、座標Ｙ７０５，拡大倍率７０６，電子ビームの電圧７０７と電流７０８，画像７０１の画素数７０９が表示される。ＥＸＩＴボタン７１０により、図７に示す画面の図示しない前の画面に戻ることができる。拡大倍率７０６は、他と区別されて、例えば色を変えて、表示されている。これは、図６に示した以前の撮像の条件と、今回の条件との間で異なっていることを示すものである。このように、前回表示した撮像条件との相違点が分かるように条件が強調表示されることで、オペレータは、以前の画像と今回の画像の違いの理由を直ちに知ることができる。
【００１９】
以上述べたように、走査型電子顕微鏡の画像処理部のメモリを１個追加し、画像データを交互に分配するとともに、外部装置へ転送する構成を採用することにより、画像データの転送の完了を待たなくても次の画像を撮像することができるので、画像撮像から画像データ転送までのスループットの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】走査型電子顕微鏡の概略構成を示す縦断面図。
【図２】走査型電子顕微鏡の画像撮像の手順を示すフローチャート。
【図３】ＳＥＭ画像処理部のデータ処理の内容を示す構成図。
【図４】ＳＥＭ制御部とＳＥＭ画像処理部で行われるデータ処理の手順を示すフローチャート。
【図５】図４に示したデータ処理の手順のタイミングチャート。
【図６】ディスプレイに表示される画面の例を示す画面図。
【図７】ディスプレイに表示される画面の例を示す画面図。
【符号の説明】
【００２１】
１００  ＳＥＭ筐体部
１０１  ＳＥＭ制御部
１０２  ＳＥＭ画像処理部
１０３  入力装置
１０４  結果表示装置
１０５  外部装置
３０１  電気信号
３０２  Ａ／Ｄ変換器
３０３  画像データ
３０４，３０５  メモリ
３０６  メモリ選択部
３０７  出力選択部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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